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鋼樓梯對主體鋼結(jié)構(gòu)的影響

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鋼樓梯對主體鋼結(jié)構(gòu)的影響

摘要通過一個常見的鋼框架結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用有限元軟件建立帶樓梯和無樓梯兩種模型，進(jìn)行小震下的地震響應(yīng)和內(nèi)力對比分析，總結(jié)加入鋼樓梯前后結(jié)構(gòu)內(nèi)力和主要參數(shù)的變化情況，為今后設(shè)計提供一些參考建議。

關(guān)鍵詞鋼框架；鋼樓梯；有限元；對比分析

0引言

自08年5.12地震后，樓梯對整體結(jié)構(gòu)的影響得到重視，在10版的抗震規(guī)范中明確應(yīng)考慮混凝土樓梯對整體結(jié)構(gòu)的影響，許多學(xué)者在這方面也進(jìn)行了大量研究，然而鋼結(jié)構(gòu)工程中，這一要求并未明確，工程界對其設(shè)計還處于傳統(tǒng)設(shè)計方法，且現(xiàn)階段研究也較少。因此本文試圖以鋼樓梯為研究對象，通過一個常見的多層框架結(jié)構(gòu)，運(yùn)用有限元軟件建立有、無鋼樓梯的精細(xì)模型，在滿足規(guī)范要求和抗震性能目標(biāo)的前提下，對兩種情況進(jìn)行對比分析，從而評價鋼樓梯在整體鋼結(jié)構(gòu)中的作用，并為今后設(shè)計提供一種參考。

1 工程概況

計算模型為7層鋼框架結(jié)構(gòu)，樓板為混凝土板，無地下室，總高度23.4m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.3m，平面尺寸見圖1。本工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度為8度（0.2g），第二組，場地類別為Ⅲ類場地，特征周期0.55s。本次分析準(zhǔn)備建立兩個模型，一個帶樓梯的方案，另一個不帶樓梯的方案。

建模采用大型有限元軟件SAP2000 V14版，sap2000為通用有限元軟件，它沒有層的概念，能夠較好的反應(yīng)樓梯對整體結(jié)構(gòu)的影響。樓梯采用薄殼單元模擬，因為樓梯在整體具有類似支撐的特征，而殼（SHELL）單元具有平面內(nèi)以及平面外的剛度的面單元，因而能模擬真實的樓梯的作用，局部三維樓梯模型見圖2。

2 結(jié)構(gòu)動力特性對比分析

計算振型數(shù)均為12個，兩個模型的有效質(zhì)量參與系數(shù)均為92.7%，均滿足規(guī)范不小于90%的要求。前5個自振周期對比見表1。

無樓梯方案周期比：0.89；有樓梯方案周期比：0.933。

從表1對比看出，增加樓梯后，結(jié)構(gòu)的周期降低了8%左右，且第二陣型變?yōu)榱伺まD(zhuǎn)，第一陣型由Y向平動變?yōu)閄向平動，周期比也超過了0.9，說明增加樓梯后結(jié)構(gòu)的剛度增加了。同時由于本工程樓梯沒有在中間，造成了一定扭轉(zhuǎn)，使得原來第一周期為Y向平動變?yōu)閄向平動。說明鋼樓梯和混凝土樓梯一樣，起到了類似支撐的作用。